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淺析光柵全閉環中走絲線切割機床的理念

2019-05-23 09:46 admin
日前在電火花線切割機/中走絲線切割機床中采用光柵尺閉環一直是一個系統設計者想做的事情,但是閉環在數控系統設計中還有很多需要解決的技術問題,本文供大家參考。
 
目前在電火花線切割機/中走絲線切割機床中當系統發出一個進給指令,經驅動電路功率放大,驅動電機旋轉一個角度,再經齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉,通過絲杠螺母機構轉換為機床的直線位移。機床各個軸的移動速度與位移量由輸入脈沖的頻率與脈沖數所決定。此時機床的信息流是單向的,即進給脈沖發出后,實際移動值不再反饋回來。系統對機床的實際位移量不進行監測,也不能進行誤差校正。因此步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。為了提高機床的精度,采用直線電機和位置檢測元件組成閉環系統。它消除了旋轉電機齒輪間隙帶來的誤差,減小了系統的慣性,改善了系統的動態性能。電機能否精確定位,取決于位置反饋是否精確,光柵尺精度高、價位低、性能優良、故其成為首選傳感器,以實現位置信號的反饋。
 
光柵尺信號輸出頻率很高,如直接給工控機讀取,實時性難以保證,采用高性能工控機雖能實現,但需編制大量程序。設計光柵尺接口模塊,能實現信號的細分、辯向、位置的計算與顯示。模塊是獨立工作的,上位機何時需要數據,通過數據總線直接讀取即可。既保證控制系統的實時性,提高了系統的反應速度。采用的光柵尺分辨率為1µm。
 
淺析光柵全閉環中走絲線切割機床的理念
 
1、光柵尺信號
 
光柵尺輸出信號是電信號,動尺移動一個柵距,輸出電信號便變化一個周期,它是通過對信號變化周期的測量來測出移動的相對位移。計數器所計數乘以光柵距即為直線電機所走的位移。
 
輸出信號是相位角相差90º時,方向為正,反之為負。Z信號作為校準信號以消除累積誤差。
 
在A信號怕下降沿采集B信號,就可判斷出運動方向。當A信號的上升沿及下降沿均比B信號超前1/4W,在A信號下降沿采集的B信號為“1”,此時為正向運動;A信號的上升沿及下降沿均比B信號滯后1/4W,在A信號下降沿采集到的B信號為“0”,此時為反向運動。根據采集到的運動信號方向和A信號變化的周期數用計數器進行計數(正向計數或逆向計數),就可測算出總位移。
 
2、接口模塊整體結構
 
光柵尺輸出信號的測量和處理需經過:濾波、整流,細分辨向電路,計數電路,接口電路,實現與系統總線的交換。接口模塊原理圖見設備出廠說明書原理圖。
 
細分辨向電路
 
光柵尺信號的細分與辨向是提高光柵尺測量精度的關鍵性一步。光柵辨向和細分電路的設計中,有的設計把辨向和細分電路分開,辨向電路只對光柵尺的輸出信號進行辨向,而不對細分后的脈沖信號進行辨向,這樣實現的測量誤差仍是光柵尺的柵距。在考慮辨向功能時,應對細分后的信號進行辨向設計,否則不能提高測量精度。此處為細分辨向電路設計的重點。
 
以X軸輸出信號為例。光柵尺輸出的相差為90º的方波信號XA和XB,經RC濾波和6N137快速光耦,消除輸入信號中尖脈沖帶來的影響,提高系統的抗干擾性能。通過4倍頻電路實現精度的擔高,原來光柵尺的分辨率為5µm,倍頻后分辨率變為1.25µm。譯碼電路為(GAL1.22V10提供時鐘CLK。電機的運動方向由辨向電路來實現。當光柵尺正向運動時,從I/O端口輸出脈沖序列PX;當光柵尺反向運動時,從I/O端口輸出脈沖序列NX。
 
計數電路
 
本系統中采用8254實現計數功能。正反向脈沖PX,NX分別作為計數器8254的時鐘CLK,輸出信號即為位移的脈沖數。地址線A0、A1與8254的片選取線一起確定8254的地址。
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